(57)【要約】【課題】安定した圧力の制御を行うことができる低圧スチーム供給装置及び圧力制御方法を提供する。【解決手段】ヘッダ圧力検出部１６により検出された圧力と、第１のスチーム調整部１４を制御するための第１のＰＩＤパラメータ又はボイラ調整部１５を制御するための第２のＰＩＤパラメータとに基づいて圧力ヘッダ１３へのスチームの全供給量を指示する全スチーム指示値Ｍｃを算出し、全スチーム指示値Ｍｃが不感帯の範囲内である場合には、第１スチーム指示値変化量ΔＭｖ１と第２のスチーム指示値変化量ΔＭｖ２とを算出し、第１スチーム指示値変化量ΔＭｖ１が第２スチーム指示値変化量ΔＭｖ２よりも大きい場合には、第１のＰＩＤパラメータを用い、第１スチーム指示値変化量ΔＭｖ１が第２スチーム指示値変化量ΔＭｖ２未満の場合には、第２のＰＩＤパラメータを用いて、全スチーム指示値を算出する。【選択図】  図１
2010190552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のスチーム源からの第１のスチーム及び第２のスチーム源からの第２のスチームが供給され、該第１及び第２のスチームを低圧スチームとして蓄えるとともに、該低圧スチームを外部に供給する圧力ヘッダと、
上記第１のスチーム源から供給される第１のスチームの供給量を調整する第１のスチーム調整部と、
上記第２のスチーム源から供給される第２のスチームの供給量を調整する第２のスチーム調整部と、
上記圧力ヘッダの圧力を検出するヘッダ圧力検出部と、
上記ヘッダ圧力検出部により検出された圧力と、上記第１のスチーム調整部を制御するための第１のＰＩＤパラメータ又は上記第２のスチーム調整部を制御するための第２のＰＩＤパラメータとに基づいて上記圧力ヘッダへのスチームの全供給量を指示する全スチーム指示値を算出し、算出した該全スチーム指示値から、上記第１のスチームの供給量を指示する第１のスチーム指示値と、上記第２のスチームの供給量を指示する第２のスチーム指示値とを決定し、該第１のスチーム指示値により上記第１のスチーム調整部を制御するとともに、該第２のスチーム指示値により上記第２のスチーム調整部を制御する制御部とを備え、
上記制御部は、
算出した上記全スチーム指示値が、上記第１のスチーム指示値と上記第２のスチーム指示値とが上記全スチーム指示値に対して共に一定となる範囲内である場合には、上記第１スチーム指示値の変化量と上記第２のスチーム指示値の変化量とを算出し、
上記第１スチーム指示値の変化量が上記第２スチーム指示値の変化量よりも大きい場合には、第１のＰＩＤパラメータを用いて全スチーム指示値を算出し、上記第１スチーム指示値の変化量が上記第２スチーム指示値の変化量未満の場合には、第２のＰＩＤパラメータを用いて全スチーム指示値を算出する
低圧スチーム供給装置。
【請求項２】
上記制御部は、
上記第１のＰＩＤパラメータに基づくＰＩＤ演算により、上記第１のスチーム指示値の変化量を算出するとともに、上記第２のＰＩＤパラメータに基づくＰＩＤ演算により、上記第２のスチーム指示値の変化量を算出する
請求項１記載の低圧スチーム供給装置。
【請求項３】
上記第１のスチーム源と上記第２のスチーム源とは、スチーム供給速度が異なる請求項１又は２記載の低圧スチーム供給装置。
【請求項４】
上記第２のスチーム源は、スチームボイラである
請求項１乃至３の何れか１項記載の低圧スチーム供給装置。
【請求項５】
第１のスチーム源からの第１のスチーム及び第２のスチーム源からの第２のスチームが供給され、該第１及び第２のスチームを低圧スチームとして蓄えるとともに、該低圧スチームを外部に供給する圧力ヘッダと、該第１のスチーム源から供給される第１のスチームの供給量を調整する第１のスチーム調整部と、該第２のスチーム源から供給される第２のスチームの供給量を調整する第２のスチーム調整部と、該圧力ヘッダの圧力を検出するヘッダ圧力検出部と、該ヘッダ圧力検出部により検出された圧力と、該第１のスチーム調整部を制御するための第１のＰＩＤパラメータ又は該第２のスチーム調整部を制御するための第２のＰＩＤパラメータとに基づいて該圧力ヘッダへのスチームの全供給量を指示する全スチーム指示値を算出し、算出した該全スチーム指示値から、該第１のスチームの供給量を指示する第１のスチーム指示値と、該第２のスチームの供給量を指示する第２のスチーム指示値とを決定し、該第１のスチーム指示値により該第１のスチーム調整部を制御するとともに、該第２のスチーム指示値により該第２のスチーム調整部を制御する制御部とを備える低圧スチーム供給装置における圧力制御方法において、
上記ヘッダ圧力検出部により検出された圧力と、上記第１のスチーム調整部を制御するための第１のＰＩＤパラメータ又は上記第２のスチーム調整部を制御するための第２のＰＩＤパラメータとに基づいて上記圧力ヘッダへのスチームの全供給量を指示する全スチーム指示値を算出し、
算出した上記全スチーム指示値が、上記第１のスチーム指示値と上記第２のスチーム指示値とが上記全スチーム指示値に対して共に一定となる範囲内である場合には、上記第１スチーム指示値の変化量と上記第２のスチーム指示値の変化量とを算出し、
算出した上記第１スチーム指示値の変化量と上記第２スチーム指示値の変化量とを比較し、
上記第１スチーム指示値の変化量が上記第２スチーム指示値の変化量よりも大きい場合には、第１のＰＩＤパラメータを用いて全スチーム指示値を算出し、上記第１スチーム指示値の変化量が上記第２スチーム指示値の変化量未満の場合には、第２のＰＩＤパラメータを用いて全スチーム指示値を算出する
圧力制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラント等における蒸気ヘッダのヘッダ圧力を制御し、安定した圧力の蒸気を提供することができる低圧スチーム供給装置及びこの低圧スチーム供給装置における圧力制御方法に関し、特に蒸気供給速度が異なる複数の蒸気供給源を使用する際に、大きな外乱にも短時間で対応できるように制御追従性の向上した低圧スチーム供給装置及びこの低圧スチーム供給装置における圧力制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、石油化学コンビナート等の各種プラントにおいては、様々な蒸気（スチーム）発生源を有し、この蒸気発生源から発生する蒸気は様々な装置において利用されている。この蒸気発生源としては、ボイラ等の意図的に蒸気を発生させるものもあれば、副次的に蒸気が発生するものもある。各種プラントにおいては、これら複数の蒸気発生源からの蒸気を、例えば、発電機、暖房設備等の蒸気を必要とする種々の装置等に分配し有効利用が図られている。蒸気を利用する各種装置においては、蒸気発生源で発生された蒸気が高圧のままで利用されるほか、利用に適した低圧、すなわち蒸気発生源よりも低い圧力に減圧されて供給される。
【０００３】
複数の蒸気を利用する装置が接続されると、各装置における蒸気の利用量に応じて、必要となる蒸気の供給量も変化する。そこで、この利用量が変化しても圧力が一定となるように、複数の蒸気発生源と各種装置との間に１台の圧力コントローラを設け、この圧力コントローラにより、いずれか１つの蒸気発生源からの供給量を制御し、残りの蒸気発生源は供給量一定としていた。しかし、上記１つの蒸気発生源からの供給量のコントロールでは、圧力一定となるように各装置で必要とするスチームを過不足なく供給することが難しかった（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この問題に対し、複数の蒸気発生源と各種装置との間に設けられた１台の圧力コントローラによって、必要となる蒸気の全供給量に応じて、それぞれの蒸気発生源からの供給量をコントロールし、圧力一定の安定した蒸気供給を行うようになされている。
【０００５】
ところで、このように複数の蒸気発生源、特に蒸気供給速度が異なる複数の蒸気発生源を利用してその蒸気供給量をコントロールしようとする場合、互いの蒸気発生源による制御干渉を防止するために、一つの制御対象から別の制御対象に制御が切り替わる境界に不感帯を設けて、過剰な調整を緩和するようにしている。
【０００６】
しかしながら、これまで、その不感帯幅をいくらに設定するかは経験ベースで決定されており、この経験ベースでの決定は、不感帯幅が大きすぎることによる制御能力不足や、不感帯幅が小さすぎることによる複数の制御対象の制御干渉を引き起こすという問題があった。そのため、実際の装置を用いて複数回のテストを実施して、その都度対象に応じた不感帯幅を見直すことが必要となっていた。
【０００７】
また、蒸気供給量と蒸気使用量とのバランスが、この不感帯の設定範囲内に対応する制御出力値で釣り合ってしまうと、制御対象がその不感帯に長時間存在することとなり、大きなが外乱が入力された場合に制御動作が鈍くなり、良好な制御追従性が発揮できず、その都度手動介入により微調整を施す必要が生じ、手順が複雑になるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平０４−１２８５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで本発明は、上述のような実情に鑑みてなされたものであり、大きな外乱が生じた場合にも蒸気使用機器に安定した圧力の蒸気を供給できる、制御追従性に優れた低圧スチーム供給装置及びこの低圧スチーム供給装置における圧力制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の課題を解決するために、本発明の係る低圧スチーム供給装置は、第１のスチーム源からの第１のスチーム及び第２のスチーム源からの第２のスチームが供給され、該第１及び第２のスチームを低圧スチームとして蓄えるとともに、該低圧スチームを外部に供給する圧力ヘッダと、上記第１のスチーム源から供給される第１のスチームの供給量を調整する第１のスチーム調整部と、上記第２のスチーム源から供給される第２のスチームの供給量を調整する第２のスチーム調整部と、上記圧力ヘッダの圧力を検出するヘッダ圧力検出部と、上記ヘッダ圧力検出部により検出された圧力と、上記第１のスチーム調整部を制御するための第１のＰＩＤパラメータ又は上記第２のスチーム調整部を制御するための第２のＰＩＤパラメータとに基づいて上記圧力ヘッダへのスチームの全供給量を指示する全スチーム指示値を算出し、算出した該全スチーム指示値から、上記第１のスチームの供給量を指示する第１のスチーム指示値と、上記第２のスチームの供給量を指示する第２のスチーム指示値とを決定し、該第１のスチーム指示値により上記第１のスチーム調整部を制御するとともに、該第２のスチーム指示値により上記第２のスチーム調整部を制御する制御部とを備え、上記制御部は、算出した上記全スチーム指示値が、上記第１のスチーム指示値と上記第２のスチーム指示値とが上記全スチーム指示値に対して共に一定となる範囲内である場合には、上記第１スチーム指示値の変化量と上記第２のスチーム指示値の変化量とを算出し、上記第１スチーム指示値の変化量が上記第２スチーム指示値の変化量よりも大きい場合には、第１のＰＩＤパラメータを用いて全スチーム指示値を算出し、上記第１スチーム指示値の変化量が上記第２スチーム指示値の変化量未満の場合には、第２のＰＩＤパラメータを用いて全スチーム指示値を算出する。
【００１１】
本発明の係る低圧スチーム供給装置における制御部は、上記第１のＰＩＤパラメータに基づくＰＩＤ演算により、上記第１のスチーム指示値の変化量を算出するとともに、上記第２のＰＩＤパラメータに基づくＰＩＤ演算により、上記第２のスチーム指示値の変化量を算出する。
【００１２】
また、上述の課題を解決するために、本発明の係る圧力制御方法は、第１のスチーム源からの第１のスチーム及び第２のスチーム源からの第２のスチームが供給され、該第１及び第２のスチームを低圧スチームとして蓄えるとともに、該低圧スチームを外部に供給する圧力ヘッダと、該第１のスチーム源から供給される第１のスチームの供給量を調整する第１のスチーム調整部と、該第２のスチーム源から供給される第２のスチームの供給量を調整する第２のスチーム調整部と、該圧力ヘッダの圧力を検出するヘッダ圧力検出部と、該ヘッダ圧力検出部により検出された圧力と、該第１のスチーム調整部を制御するための第１のＰＩＤパラメータ又は該第２のスチーム調整部を制御するための第２のＰＩＤパラメータとに基づいて該圧力ヘッダへのスチームの全供給量を指示する全スチーム指示値を算出し、算出した該全スチーム指示値から、該第１のスチームの供給量を指示する第１のスチーム指示値と、該第２のスチームの供給量を指示する第２のスチーム指示値とを決定し、該第１のスチーム指示値により該第１のスチーム調整部を制御するとともに、該第２のスチーム指示値により該第２のスチーム調整部を制御する制御部とを備える低圧スチーム供給装置における圧力制御方法において、上記ヘッダ圧力検出部により検出された圧力と、上記第１のスチーム調整部を制御するための第１のＰＩＤパラメータ又は上記第２のスチーム調整部を制御するための第２のＰＩＤパラメータとに基づいて上記圧力ヘッダへのスチームの全供給量を指示する全スチーム指示値を算出し、算出した上記全スチーム指示値が、上記第１のスチーム指示値と上記第２のスチーム指示値とが上記全スチーム指示値に対して共に一定となる範囲内である場合には、上記第１スチーム指示値の変化量と上記第２のスチーム指示値の変化量とを算出し、算出した上記第１スチーム指示値の変化量と上記第２スチーム指示値の変化量とを比較し、上記第１スチーム指示値の変化量が上記第２スチーム指示値の変化量よりも大きい場合には、第１のＰＩＤパラメータを用いて全スチーム指示値を算出し、上記第１スチーム指示値の変化量が上記第２スチーム指示値の変化量未満の場合には、第２のＰＩＤパラメータを用いて全スチーム指示値を算出する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、蒸気供給速度が異なる複数の蒸気発生源を使用する際にも安定した制御を可能にするとともに、制御干渉を防止し、大きな外乱が生じた場合にもスムーズに対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明を適用した低圧スチーム供給装置のブロック図である。
【図２】本発明を適用した低圧スチーム供給装置の制御部のブロック図である。
【図３】蒸気供給バランス決定部に記憶された全スチーム指示値と各機器を制御するための流量に相当する制御信号との相関図である。
【図４】全スチーム指示値が不感帯に存在しない場合における制御部１７の圧力制御方法を示したフローチャートである。
【図５】制御部１７における、全スチーム指示値が不感帯に存在している場合の圧力制御を含めた全体の圧力制御方法を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を適用した低圧スチーム供給装置について図面を参照して詳細に説明をする。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態の構成図を示す。本発明を適用した低圧スチーム供給装置１は、第１のスチーム源１１から第１のスチームＳ１が、またボイラ１２からスチームＳ２が供給され、供給された各スチームを複数の蒸気使用機器２に供給する圧力ヘッダ１３と、第１のスチーム源１１から供給される第１のスチームＳ１の供給量を調整する第１のスチーム調整部１４と、ボイラ１２から供給されるスチームＳ２の供給量を調整するボイラ調整部１５と、圧力ヘッダ１３の圧力を検出するヘッダ圧力検出部１６と、第１のスチーム調整部１４及びボイラ調整部１５を制御する制御部１７とを備える。
【００１７】
低圧スチーム供給装置１における第１のスチーム源１１は、各種プラント内で発生する蒸気の発生源であり、例えば、大型のボイラである。この第１のスチーム源１１は、発生するスチームを後段の圧力ヘッダ１３に供給する。なお、このときの第１のスチーム源１１から供給されるスチームを、説明上第１のスチームＳ１とする。
【００１８】
第１のスチーム源１１の後段には、第１のスチームＳ１の供給量を調整する第１のスチーム調整部１４が設けられている。第１のスチーム調整部１４は、第１のスチームＳ１の供給量を加減する蒸気加減弁である。この第１のスチーム調整部１４は、制御部１７に接続されており、この制御部１７によって弁の開閉量が制御される。
【００１９】
ボイラ１２は、低圧スチーム供給装置１における第２のスチーム源であり、第１のスチーム源１１と同様に、蒸気の発生源であるボイラである。このボイラ１２は、発生するスチームを後段の圧力ヘッダ１３に供給する。なお、このときのボイラ１２から供給されるスチームを、説明上第２のスチームＳ２とする。
【００２０】
ボイラ１２への燃料供給配管中には、ボイラ１２の蒸気発生量を調整し、ボイラ１２からの蒸気供給量を調整するボイラ調整部１５が設けられている。ボイラ調整部１５は、ボイラ１２の運転のために必要な燃料の供給配管中に設けられる、燃料供給量を調整する弁である。ボイラ調整部１５は、ボイラ１２に供給する燃料を加減することにより、蒸気の発生量を調整し、圧力ヘッダ１３に供給する蒸気供給量を調整する。このボイラ調整部１５は、制御部１７に接続されており、この制御部１７によって弁の開閉量が制御される。なお、このボイラ調整部１５の制御部１７からの制御応答性と、第１のスチームＳ１の供給量を調整する第１のスチーム調整部１４の制御応答性には差があってもよい。
【００２１】
また、ボイラ調整部１５は、完全に燃料供給を停止するのではなく、ボイラの運転が停止しない最低量の燃料供給が行われている。ボイラ１２は、この最低限のボイラの運転によって最低発生スチームＳ２ｍｉｎを発生する。この最低発生スチームＳ２ｍｉｎは、最低量の燃料供給に伴うボイラの運転状態が維持されることにより発生する蒸気であり、ボイラの運転状態を維持することで、ボイラの着火、予熱に係る時間をなくすことができ、応答性を維持することができる。なお、ボイラ１２は、上述のように、最低限の運転状態を維持することに限らず、燃料供給を停止し、完全に運転停止するようにしてもよい。
【００２２】
なお、第１のスチーム源１１は、ボイラ１２よりも蒸気供給速度が速く、制御応答性に優れている。具体的には、例えば、第１のスチーム源１１は蒸気を数十秒〜数分で供給することができるのに対し、ボイラ１２は十数分〜数十分、またはそれ以上の時間で蒸気を供給する。本実施の形態に係る低圧スチーム供給装置１の圧力制御は、このように、制御応答性に約１０倍以上もの違いのある制御対象を備えている場合に、特に顕著な効果を発揮する。
【００２３】
圧力ヘッダ１３は、第１のスチーム源１１及びボイラ１２からのスチームＳ１、Ｓ２が供給され、供給されたスチームＳ１、Ｓ２を低圧スチームとして蓄え、後段の複数の蒸気使用機器２に供給する。圧力ヘッダ１３には、圧力ヘッダ１３の蒸気圧力を検出するヘッダ圧力検出部１６が設けられており、検知したヘッダ圧力値を制御部１７に出力する。なお、ここでいう低圧スチームとは、蒸気発生源である第１のスチーム源１１及びボイラ１２よりも低圧なスチームのことをいう。
【００２４】
制御部１７は、低圧スチーム供給装置１の全体を制御し、第１のスチーム調整部１４、ボイラ調整部１５、圧力ヘッダ１３、ヘッダ圧力検出部１６と接続されており、各機器からの検出値等が供給され、各機器に対して制御信号を供給する。
【００２５】
具体的に、制御部１７は、図２に示すように、ヘッダ圧力検出部１６からのヘッダ圧力値が入力され、ユーザからの入力により設定される目標圧力設定部２１からの設定値が供給され、この設定値とヘッダ圧力値との偏差を算出する偏差演算部２２と、偏差演算部２２により算出された偏差が入力され、全スチーム指示値Ｍｃを算出する全スチーム指示値演算部２３と、全スチーム指示値Ｍｃに基づいて第１のスチーム調整部１４とボイラ調整部１５を制御する制御信号を生成する蒸気供給バランス決定部２４と、全スチーム指示値Ｍｃに基づいて全スチーム指示値Ｍｃを算出するためのパラメータを決定する制御パラメータ決定部２５と、目標圧力設定部２１からの設定値が供給されるとともに、偏差演算部２２により算出された偏差が入力され、制御パラメータ決定部２５に制御パラメータを決定するための操業データを供給する操業データ記憶部２６と、全スチーム指示値Ｍｃに基づいた、第１のスチーム調整部１４とボイラ調整部１５に対する制御信号の目標値パターンを記憶し、その目標値パターンを蒸気供給バランス決定部２４及び制御パラメータ決定部２５に供給する目標値パターン記憶部２７とから構成されている。
【００２６】
目標圧力設定部２１は、図示しない入力部を有し、この入力部を介してユーザにより入力される設定圧力値を記憶し、その設定圧力値を偏差演算部２２に出力する。また、目標圧力設定部２１は、入力された設定圧力値を操業データ記憶部２６に記憶させる。
【００２７】
偏差演算部２２は、ヘッダ圧力検出部１６からのヘッダ圧力値と、目標圧力設定部２１からの設定圧力値との偏差を算出し、全スチーム指示値演算部２３に出力する。また、偏差演算部２２は、その算出した偏差を操業データ記憶部２６に出力して記憶させる。
【００２８】
全スチーム指示値演算部２３は、偏差演算部２２からの偏差等が入力されるとともに、制御パラメータ決定部２５から制御パラメータが入力され、これらの値に基づいてＰＩＤ（比例積分微分）制御演算することで、スチームの全供給量を指示する全スチーム指示値Ｍｃを算出し、全スチーム指示値Ｍｃを蒸気供給バランス決定部２４に出力する。制御パラメータ決定部２５から入力される制御パラメータは、第１のスチーム調整部１４を制御するのに適した第１のＰＩＤパラメータ又はボイラ調整部１５を制御するのに適した第２のＰＩＤパラメータであり、これらのＰＩＤパラメータを用いて全スチーム指示値Ｍｃを算出する。
【００２９】
蒸気供給バランス決定部２４は、全スチーム指示値演算部２３で算出された全スチーム指示値Ｍｃと目標値パターン記憶部２７から供給された、後述する図３に示される目標値パターンとに基づいて、第１のスチーム調整部１４を制御する制御信号（第１のスチーム指示値）Ｍｖ１、ボイラ調整部１５を制御する制御信号（第２のスチーム指示値）Ｍｖ２を生成し、これらの制御信号Ｍｖ１、Ｍｖ２を各機器に出力する。
【００３０】
制御パラメータ決定部２５は、第１のスチーム調整部１４を制御するのに適した第１のＰＩＤパラメータとボイラ調整部１５を制御するのに適した第２のＰＩＤパラメータとを記憶し、全スチーム指示値演算部２３で算出された全スチーム指示値Ｍｃに対応するスチームの全供給量と、第１のスチーム源１１から供給可能な最大量とボイラ１２からの最小供給量との合計量Ｓとを比較する機構を有し、全スチーム指示値Ｍｃに対応するスチームの全供給量が合計量Ｓ未満であるときには第１のスチーム調整部１４を制御するのに適した第１のＰＩＤパラメータを、全スチーム指示値に対応するスチームの全供給量が合計量Ｓ以上であるときにはボイラ調整部１５を制御するのに適した第２のＰＩＤパラメータを、全スチーム指示値演算部２３に出力し、スチームの全供給量を指示する全スチーム指示値Ｍｃを算出する。制御パラメータ決定部２５に記憶されている制御パラメータは、図示しない入力部を用いて変更することが可能である。
【００３１】
また、制御パラメータ決定部２５は、操業パラメータ記憶部２６に記憶されている設定圧力値や偏差等の操業データが入力され、全スチーム指示値演算部２３で算出された全スチーム指示値Ｍｃと目標値パターン記憶部２７から供給された、後述する図３に示される目標値パターンとから、全スチーム指示値Ｍｃが不感帯範囲に存在するか否かを判断し、全スチーム指示値Ｍｃが不感帯範囲にある場合において最適な制御パラメータを選択して、全スチーム指示値演算部２３に出力する。
【００３２】
ここで、不感帯とは、図３に示すように、第１のスチーム指示値と第２のスチーム指示値とが、全スチーム指示値Ｍｃに対して共に一定となる全スチーム指示値の区間（Ｍｃ（Ｓ１）≦Ｍｃ≦Ｍｃ（Ｓ２））をいい、第１のスチーム指示値と第２のスチーム指示値が全スチーム指示値に応じて共に変化しない全スチーム指示値の区間である。
【００３３】
なお、この図３は、横軸に制御部１７から出力される全スチーム指示値Ｍｃを示し、縦軸にその全スチーム指示値Ｍｃに応じて、供給される第１のスチーム源１１からのスチームＳ１を指示する第１のスチーム指示値Ｍｖ１及びボイラ１２からのスチームＳ２を指示する第２のスチーム指示値Ｍｖ２を示している。また、後述するが、この図３に示される目標値パターンは、目標値パターン記憶部２７に予め記憶されている。
【００３４】
制御パラメータ決定部２５は、全スチーム指示値Ｍｃが不感帯の範囲にあると判断した場合、第１のスチーム調整部１４を制御するのに最適な第１のＰＩＤパラメータを用いて、スチームＳ１を指示する第１のスチーム指示値の変化量ΔＭｖ１を算出するとともに、ボイラ調整部１５を制御するのに最適な第２のＰＩＤパラメータを用いて、スチームＳ２を指示する第２のスチーム指示値の変化量ΔＭｖ２を算出し、算出した第１のスチーム指示値の変化量ΔＭｖ１と第２のスチーム指示値の変化量ΔＭｖ２とを比較する。そして、比較した結果に基づいて最適な制御パラメータを選択して全スチーム指示値演算部２３に出力し、全スチーム指示値演算部２３にて入力された制御パラメータを用いて全スチーム指示値Ｍｃを算出する。
【００３５】
制御パラメータ決定部２５は、第１のスチーム指示値の変化量ΔＭｖ１及び第２のスチーム指示値の変化量ΔＭｖ２を算出するにあたっては、それぞれ、第１のＰＩＤパラメータに基づくＰＩＤ演算により第１のスチーム指示値の変化量ΔＭｖ１を算出し、第２のＰＩＤパラメータに基づくＰＩＤ演算により第２のスチーム指示値の変化量ΔＭｖ２を算出する。
【００３６】
操業データ記憶部２６は、目標圧力設定部２１から出力された設定圧力値を記憶するとともに、偏差演算部２２から出力された偏差を記憶する。操業データ記憶部２６は、これら記憶したデータを操業データとして記憶し、第１のスチーム指示値の変化量ΔＭｖ１と第２のスチーム指示値の変化量ΔＭｖ２を算出するために必要なデータを制御パラメータ決定部２５に出力する。
【００３７】
目標値パターン記憶部２７は、全スチーム指示値Ｍｃに基づいた、第１のスチーム調整部１４とボイラ調整部１５に対する制御信号の目標値パターンを記憶している。具体的には、図３に示されるような目標値パターンを記憶し、その目標値パターンを蒸気供給バランス決定部２４及び制御パラメータ決定部２５に出力する。なお、この目標値パターン記憶部２７に記憶されている目標値パターンは、必要に応じて、図示しない入力装置等で変更することができる。
【００３８】
次に、低圧スチーム供給装置１の運転方法について説明をする。
【００３９】
図３に示すように、第１のスチーム源１１は、スチームＳ１の供給可能な最大量である最大スチームＳ１ｍａｘが規定されている。また、ボイラ１２は、ボイラ調整部１５による燃料供給が完全に停止されるのではなく、最低限の運転状態を維持できる最低量の燃料が供給され、最低発生スチームＳ２ｍｉｎが発生するような供給量が規定されている。
【００４０】
また、図３に示すように、低圧スチーム供給装置１には、制御部１７から出力される全スチーム指示値Ｍｃに応じて制御信号（第１及び第２のスチーム指示値）Ｍｖ１，Ｍｖ２を変化させない全スチーム指示値の区間である不感帯（Ｍｃ（Ｓ１）≦Ｍｃ≦Ｍｃ（Ｓ２））が規定されている。
【００４１】
制御部１７は、所望とする圧力ヘッダ１３へのスチーム供給量である全スチーム指示値Ｍｃを算出し、この全スチーム指示値Ｍｃに対応するスチームの全供給量が最大スチームＳ１ｍａｘ及びボイラの最小供給量である最低発生スチームＳ２ｍｉｎの合計量よりも少ない場合、すなわち、最低限のボイラ１２の運転状態と第１のスチーム源１１のみにより、圧力ヘッダ１３へのスチーム供給量を賄える状態にある場合には、ボイラ１２のスチームの供給量の第２のスチーム指示値Ｍｖ２を最低発生スチームＳ２ｍｉｎとなるようにするとともに、第１のスチーム源１１からの供給量の第１のスチーム指示値Ｍｖ１を調整するように、全スチーム指示値Ｍｃに応じて、第１のスチーム指示値Ｍｖ１及び第２のスチーム指示値Ｍｖ２を決定する。ただし、このとき、制御部１７は、ボイラ１２に対しては、スチームＳ２が最低発生スチームＳ２ｍｉｎとなるように、ボイラ調整部１５を制御する。また、第１のスチーム源１１からのスチームＳ１は、全スチーム指示値Ｍｃに対応するスチームの全供給量から、最低発生スチームＳ２ｍｉｎである第２のスチーム指示値Ｍｖ２を差し引いた量となるように制御される。
【００４２】
また、制御部１７は、所望とする圧力ヘッダ１３へのスチームの全供給量が、最大スチームＳ１ｍａｘ以上の場合には、すなわち、最低限のボイラ１２の運転状態と第１のスチーム源１１のみにより、圧力ヘッダ１３へのスチーム供給量を賄うことができない状態にある場合には、第１のスチーム源１１からの供給量を指示する第１のスチーム指示値Ｍｖ１を最大スチームＳ１ｍａｘとなるようにし、圧力ヘッダ１３への全スチーム指示値Ｍｃに対応するスチームの全供給量と第１のスチーム指示値Ｍｖ１を最大スチームＳ１ｍａｘとした値との差分に応じて、ボイラ１２からのスチーム供給量を調整するように、ボイラ調整部１５を制御する第２のスチーム指示値Ｍｖ２を決定する。
【００４３】
図４は、上述した制御部１７における圧力制御方法を示したフローチャートである。なお、この図４に示すフローチャートは、算出された全スチーム指示値Ｍｃが、図３に示す不感帯の範囲（Ｍｃ（Ｓ１）≦Ｍｃ≦Ｍｃ（Ｓ２））に存在しない場合における圧力制御方法を示したものである。
【００４４】
ステップＳ６１において、制御部１７は、ヘッダ圧力検出部１６により検出された圧力値に基づいて圧力ヘッダ１３への蒸気の全供給量を指示する全スチーム指示値Ｍｃを算出する。
【００４５】
次に、ステップＳ６２において、制御部１７は、算出された全スチーム指示値Ｍｃに対応するスチームの全供給量と、第１のスチーム源１１から供給可能な最大量を指示する最大スチームＳ１ｍａｘとボイラ１２の最小供給量を指示する最低発生スチームＳ２ｍｉｎとの合計量とを比較する。全スチーム指示値Ｍｃに対応するスチームの全供給量が、この合計量未満のときはステップＳ６３に進み、合計量以上のときはステップＳ６４に進む。
【００４６】
ステップＳ６３において、制御部１７は、ヘッダ圧力検出部１６により検出されたヘッダ圧力値に基づいて算出される全スチーム指示値Ｍｃに対応するスチームの全供給量が、最大スチームＳ１ｍａｘと最低発生スチームＳ２ｍｉｎとの合計量未満と判断し、全スチーム指示値Ｍｃに対応するスチームの全供給量を、図３に示すように、ボイラ１２においては最低発生スチームＳ２ｍｉｎとなるようにボイラ１２を制御する値とするとともに、第１のスチーム源１１においては第１のスチーム源１１からのスチーム供給量を、算出された圧力ヘッダ１３への蒸気の全供給量から最低発生スチームＳ２ｍｉｎを差し引いた値となるように第１のスチーム源１１を制御する値とし、第１のスチーム源１１の第１のスチーム調整部１４及びボイラ１２のボイラ調整部１５に制御信号（第１のスチーム指示値）Ｍｖ１及び制御信号（第２のスチーム指示値）Ｍｖ２を出力する。すなわち、制御信号Ｍｖ２はＳ２ｍｉｎであり、制御信号Ｍｖ１は、（Ｍｃ−Ｓ２ｍｉｎ）である。
【００４７】
一方、ステップＳ６４において、制御部１７は、ヘッダ圧力検出部１６により検出されたヘッダ圧力値に基づいて算出される全スチーム指示値Ｍｃに対応するスチームの全供給量が、最大スチームＳ１ｍａｘと最低発生スチームＳ２ｍｉｎとの合計量以上と判断し、全スチーム指示値Ｍｃに対応するスチームの全供給量を、図３に示すように、第１のスチーム源１１においては最大スチームＳ１ｍａｘとなるように第１のスチーム源１１を制御するとともに、ボイラ１２においては算出された圧力ヘッダ１３への蒸気の全供給量から最大スチームＳ１ｍａｘを差し引いた値となるようにボイラ１２を制御する値とし、第１のスチーム源１１の第１のスチーム調整部１４及びボイラ１２のボイラ調整部１５に制御信号（第１のスチーム指示値）Ｍｖ１及び制御信号（第２のスチーム指示値）Ｍｖ２を出力する。すなわち、制御信号Ｍｖ１はＳ１ｍａｘであり、制御信号Ｍｖ２は、（Ｍｃ−Ｓ１ｍａｘ）である。
【００４８】
低圧スチーム供給装置１は、このように、全スチーム指示値Ｍｃにより、第１のスチーム指示値Ｍｖ１と、ボイラ１２からのスチーム供給量を指示する第２のスチーム指示値Ｍｖ２とを決定し、第１のスチーム源１１からのスチーム供給量と、ボイラ１２からのスチーム供給量とを制御する。また、低圧スチーム供給装置１は、第１のスチーム源１１を主とし、第１のスチーム源１１のみにより圧力ヘッダ１３内の圧力を制御できる場合には、第１のスチーム源１１で圧力ヘッダ１３内の圧力を制御し、制御できない場合には、ボイラ１２を用いて補助的にスチームを圧力ヘッダ１３に供給して、圧力ヘッダ１３内を所定の圧力となるように制御する。このように、低圧スチーム供給装置１は、簡易な構成で、第１のスチーム源１１及びボイラ１２を制御し、圧力ヘッダ１３内の圧力を一定に保持することができ、蒸気使用機器２に安定して蒸気を供給することができる。
【００４９】
ところで、一般的に、プロセス応答が異なる複数の制御対象を備える装置においては、制御出力信号を変化させない不感帯が規定されることが多い。この不感帯は、複数の制御対象による干渉を防止して、過剰な調整を緩和するように設けられている。しかしながら、その不感帯に長時間存在することになると、安定した制御ができなくなり、大きな外乱が発生した場合においては制御追従性が悪くなり、時には手動介入により微調整する必要が生じ、操業手順が非常に煩雑となる。このため、不感帯を小さく設定した方が望ましいが、不感帯を小さく設定しすぎると制御干渉がしばしば発生することとなっていた。
【００５０】
そこで、本実施の形態における低圧スチーム供給装置１では、不感帯において制御動作が速い制御パラメータを使用するようにし、不感帯に存在している時間が短くなるように制御する。
【００５１】
具体的に、低圧スチーム供給装置１の制御部１７は、所望とする圧力ヘッダ１３へのスチーム供給量を指示する全スチーム指示値Ｍｃを算出すると、算出した全スチーム指示値Ｍｃが、図３に示すように、全スチーム指示値Ｍｃに応じて制御出力信号（Ｍｖ１、Ｍｖ２）を変化させない区間、換言すると、第１のスチーム指示値と第２のスチーム指示値とが上記全スチーム指示値に対して共に一定となる区間である不感帯（Ｍｃ（Ｓ１）≦Ｍｃ≦Ｍｃ（Ｓ２））に存在するか否かを判断する。
【００５２】
そして、全スチーム指示値Ｍｃが、不感帯の範囲内である判断した場合には、第１のスチーム調整部１４を制御するのに最適な第１のＰＩＤパラメータを用いて、ＰＩＤ演算によりスチームＳ１を指示する第１のスチーム指示値の変化量ΔＭｖ１を算出するとともに、ボイラ調整部１５を制御するのに最適な第２のＰＩＤパラメータを用いて、ＰＩＤ演算によりスチームＳ２を指示する第２のスチーム指示値の変化量ΔＭｖ２を算出し、算出した両変化量（ΔＭｖ１，ΔＭｖ２）を比較する。比較した結果、第１のスチーム指示値の変化量ΔＭｖ１が第２のスチーム指示値の変化量ΔＭｖ２よりも大きかった場合には、第１のスチーム調整部１４を制御するのに最適な第１のＰＩＤパラメータを、全スチーム指示値Ｍｃを算出するための制御パラメータとする。一方で、第１のスチーム指示値の変化量ΔＭｖ１が第２のスチーム指示値の変化量ΔＭｖ２未満であった場合には、ボイラ調整部１５を制御するのに最適な第２のＰＩＤパラメータを、全スチーム指示値Ｍｃを算出するための制御パラメータとする。
【００５３】
このとき、制御部１７は、第１のＰＩＤパラメータを用いた第１のスチーム指示値の変化量ΔＭｖ１の算出及び第２のＰＩＤパラメータを用いた第２のスチーム指示値の変化量ΔＭｖ２の算出にあたり、以下に示す数式を用いてＰＩＤ演算により算出する。なお、下記の数式により、時刻ｎにおける第１のスチーム指示値の変化量ΔＭｖ１と第２のスチーム指示値の変化量ΔＭｖ２を算出して全スチーム指示値Ｍｃを算出するための制御パラメータを決定することによって、時刻ｎにおける第１のスチーム調整部１４及びボイラ調整部１５を制御する。
【００５４】
【数１】
2010190552.tif 000003
【００５５】
なお、第１のスチーム指示値の変化量ΔＭｖ１及び第２のスチーム指示値の変化量ΔＭｖ２を算出するにあたっては、上記数式（I）を用いて算出することに限られるものではなく、以下に示す数式（II）、（III）等を用いて算出してもよい。
【００５６】
【数２】
2010190552.tif 000004
【００５７】
【数３】
2010190552.tif 000005
【００５８】
図５は、低圧スチーム供給装置１の制御部１７における、不感帯における圧力制御を含めた全体の圧力制御方法を示したフローチャートである。
【００５９】
ステップＳ１１において、時刻ｎ−１（ｎは自然数）の全スチーム指示値Ｍｃ及び操業データ記憶部２６より不感帯データ等の必要データを取得すると、ステップＳ１２において、取得した時刻ｎ−１の全スチーム指示値Ｍｃが、不感帯の範囲に存在するか否かを判断する。そして、時刻ｎ−１の全スチーム指示値Ｍｃが不感帯の範囲に存在すると判断した場合にはステップＳ１３に進み、不感帯の範囲に存在しないと判断した場合にはステップＳ１６に進む。なお、スタート時（ｎ＝１）には時刻ｎ−１の全スチーム指示値が存在しないため、初期値（ｎ＝０）としての全スチーム指示値Ｍｃを与えるようにしてもよい。
【００６０】
ステップＳ１３において、時刻ｎ−１の全スチーム指示値Ｍｃが不感帯範囲に存在すると判断し、第１のスチーム調整部１４を制御するのに最適な第１のＰＩＤパラメータを用いて、スチームＳ１を指示する第１のスチーム指示値の変化量ΔＭｖ１を算出する。
【００６１】
次に、ステップＳ１４において、ボイラ調整部１５を制御するのに最適な第２のＰＩＤパラメータを用いて、スチームＳ２を指示する第２のスチーム指示値の変化量ΔＭｖ２を算出する。
【００６２】
なお、ステップＳ１３及びステップＳ１４における第１のスチーム指示値の変化量ΔＭｖ１及び第２のスチーム指示値の変化量ΔＭｖ２の算出には、上述した数式等を用いて算出する。また、このステップＳ１３及びステップＳ１４は、当然同時に行ってもよい。
【００６３】
ステップＳ１５に進み、このステップＳ１５において、算出した第１のスチーム指示値の変化量ΔＭｖ１と第２のスチーム指示値の変化量ΔＭｖ２とを比較し、ΔＭｖ１＞ΔＭｖ２であるか否かを判断する。そして、ΔＭｖ１＞ΔＭｖ２であると判断した場合には、第１のスチーム調整部１４を制御するのに最適な第１のＰＩＤパラメータを全スチーム指示値Ｍｃ算出用の制御パラメータとして、制御部１７における全スチーム指示値演算部２３に出力する。一方、ΔＭｖ１＞ΔＭｖ２ではないと判断した場合、すなわちΔＭｖ１＜ΔＭｖ２であると判断した場合には、ボイラ調整部１５を制御するのに最適な第２のＰＩＤパラメータを全スチーム指示値Ｍｃ算出用の制御パラメータとして全スチーム指示値演算部２３に出力する。
【００６４】
このように、第１のスチーム指示値の変化量ΔＭｖ１と第２のスチーム指示値の変化量ΔＭｖ２との比較することによって、時刻ｎ−１の全スチーム指示値Ｍｃが不感帯範囲内であった場合において、どちらの制御動作が速いかを判断する。そして、変化量（ΔＭｖ１，ΔＭｖ２）の比較によって、制御動作の速い制御対象を決定すると、その制御対象を制御するのに適した制御パラメータ（第１のＰＩＤパラメータ又は第２のＰＩＤパラメータ）を用いて、全スチーム指示値演算部２３にて時刻ｎの全スチーム指示値Ｍｃを算出する。このようにすることで、全スチーム指示値Ｍｃが不感帯に存在する時間を短くすることができる。
【００６５】
なお、このステップＳ１５において、ΔＭｖ１＝ΔＭｖ２であった場合には、直前に使用していた制御パラメータを時刻ｎの全スチーム指示値Ｍｃ算出用の制御パラメータとして出力する。
【００６６】
一方で、ステップＳ１２において時刻ｎ−１の全スチーム指示値Ｍｃが不感帯の範囲に存在しないと判断し、ステップＳ１６に進むと、このステップＳ１６において、時刻ｎ−１の全スチーム指示値Ｍｃに対応するスチームの全供給量が第１のスチーム調整部１４で制御する範囲に存在するか否かを判断する。すなわち、図３に示す、時刻ｎ−１の全スチーム指示値Ｍｃが不感帯の範囲より小さい（Ｍｃ＜Ｍｃ（Ｓ１））か否かを判断する。そして、Ｍｃ＜Ｍｃ（Ｓ１）であると判断した場合には、第１のスチーム調整部１４を制御するのに最適な第１のＰＩＤパラメータを時刻ｎの全スチーム指示値Ｍｃ算出用の制御パラメータとして、制御部１７における全スチーム指示値演算部２３に出力する。一方、Ｍｃ＜Ｍｃ（Ｓ１）ではないと判断した場合、すなわちＭｃ（Ｓ２）＜Ｍｃである場合には、ボイラ調整部１５を制御するのに最適な第２のＰＩＤパラメータを時刻ｎの全スチーム指示値Ｍｃ算出用の制御パラメータとして、制御部１７における全スチーム指示値演算部２３に出力する。
【００６７】
このようにして、時刻ｎの全スチーム指示値Ｍｃ算出用の制御パラメータを全スチーム指示値演算部２３に出力すると、この制御パラメータを用いて時刻ｎの全スチーム指示値Ｍｃを算出し、第１のスチーム調整部１４及びボイラ調整部１５を制御する。
【００６８】
以上説明したように、上述のような構成を備える低圧スチーム供給装置１は、制御部１７が、ヘッダ圧力検出部１６により検出されたヘッダ圧力値に基づいて全スチーム指示値Ｍｃを決定し、第１のスチーム調整部１４及びボイラ調整部１５を制御する。そして、決定した全スチーム指示値Ｍｃが、制御出力信号（Ｍｖ１及びＭｖ２）を変化させない区間である不感帯に存在する場合には、第１のＰＩＤパラメータを用いてスチームＳ１を指示する第１のスチーム指示値の変化量ΔＭｖ１を算出するとともに、第２のＰＩＤパラメータを用いてスチームＳ２を指示する第２のスチーム指示値の変化量ΔＭｖ２し、それら変化量を比較することによって、制御動作の速い制御パラメータを用いて全スチーム指示値Ｍｃを算出するようにしている。
【００６９】
これにより、不感帯において、そのプロセスに応じてより速い制御パラメータを使用して制御することが可能となるので、不感帯に存在する時間を短くすることができるとともに、制御能力不足や制御干渉の発生を防止し、大きな外乱が生じた場合にも、安定的にプラントを操業させることができる。
【００７０】
また、従来のように不感帯の幅を経験ベースで決定する必要がなくなるので、実際の装置で複数回のテストを行って必要に応じて不感帯幅を見直すといった手間を省くとともに、蒸気資源を有効に活用することができる。
【００７１】
また、本実施の形態における第１スチーム源及び第２スチーム源のように、制御応答性が大きく異なる制御対象に対して制御を行う場合、この不感帯において効率的な制御を行うことが望まれる。具体的に、上述のように、蒸気供給速度に約１０倍以上の大きな違いのある第１のスチーム源１１とボイラ１２とに対して制御を行う場合に、その不感帯において、本実施の形態に係る低圧スチーム供給装置１の圧力制御を行うことによって、特に有利に制御を行うことが可能となり、不感帯に存在する時間を短くし、外乱に対してより制御追従性を有した、より安定的な操業を行うことができる。
【００７２】
さらに、本実施の形態において説明したように、スチーム発生源の制御に本発明を適用することにより、より効率的かつ効果的な制御が可能となる。すなわち、スチーム源におけるスチーム供給の制御において、上述したように不感帯の範囲で制御速度の速い制御パラメータを使用して効率的かつ効果的に制御させて不感帯に存在する時間を短くすることにより、例えばスチームが温度低下や圧力低下等に伴って凝縮し液化してしまうことを、より確実に抑制することが可能となる。このように、様々なファクターにより液化等の悪状況を引き起こしてしまい、制御が難しいスチーム供給の制御に本発明を適用することによって、より効率的かつ効果的に、安定した制御を行うことができる。
【００７３】
なお、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。
【００７４】
また、本明細書において説明した圧力制御方法における各ステップは、記載された順序に従って、時系列的に行われる処理は勿論、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
【符号の説明】
【００７５】
１  低圧スチーム供給装置、２  蒸気使用機器、１１  第１のスチーム源、１２  ボイラ、１３  圧力ヘッダ、１４  第１のスチーム調整部、１５  ボイラ調整部、１６  ヘッダ圧力検出部、１７  制御部、２１  目標圧力設定部、２２  偏差演算部、２３  全スチーム指示値演算部、２４  蒸気供給バランス決定部、２５  制御パラメータ決定部、２６  操業データ記憶部、２７  目標値パターン記憶部
【図１】
2010190552.tif 000006
【図２】
2010190552.tif 000007
【図３】
2010190552.tif 000008
【図４】
2010190552.tif 000009
【図５】
2010190552.tif 000010